bài giảng vật liệu xây dựng chương 4 - đh kỹ thuật công nghệ tp hcm

Môn học: Vật liệu xây dựng
CHƯƠNG 4.
CHẤT KẾT DÍNH VÔ CƠ
Please purchase a personal license.
ξ1. KHÁI NIỆM CHUNG
ξ
CHƯƠNG 4.
CHẤT KẾT DÍNH VÔ CƠ
ξ
2. CHẤT KẾT DÍNH VÔ CƠ TRONG KHÔNG KHÍ
ξ 3. CHẤT KẾT DÍNH VÔ CƠ TRONG NƯỚC
2
ξ
ξξ
ξ 1. KHÁI NIỆM CHUNG
I. KHÁI NIỆM
II. PHÂN LOẠI
3
 Định nghĩa:
- CKDVC là loại vật liệu thường ở dạng bột mịn khi nhào trộn
với nước tạo thành vữa dẻo (hồ dẻo) qua quá trình biến đổi hoá lý
rắn chắc như đá ( Ngoại trừ CKD MgO phải nhào trộn với dung
dịch MgCl
2
, ximăng chống acide phải nhào trộn với thuỷ tinh lỏng)
Ứng
dụng
:
I. KHÁI NIỆM
ξ
ξξ

ξ 1. KHÁI NIỆM CHUNG

Ứng
dụng
:
- CKDVC thường được sử dụng để liên kết các hạt rời rạc như:
cát, đá dăm, sỏi để tạo thành một khối đồng nhất, vững chắc.
Bê tông,
Vữa xây dựng,
Gạch silicate,
Gạch đá nhân tạo không nung,…
4
 CKDVC rắn trong không khí:
- Rắn chắc và phát triển cường độ trong không khí.
- VD: Vôi rắn trong không khí (CaO),
Thạch cao xây dựng (CaSO
4
.0,5H
2
O),
Thạch cao khan nước (CaSO
4
)
II. PHÂN LOẠI
 CKDVC rắn trong nước:
- Rắn chắc và phát triển cường độ cả trong môi trường không
khí và nước.
- VD: Vôi thuỷ ,
CKD hỗn hợp: vôi pouzolane(thiên nhiên);vôi xỉ (nhân tạo)
Xi măng Portland,…

5
ξ
ξξ
ξ 2. CHẤT KẾT DÍNH VÔ CƠ RẮN TRONG
KHÔNG KHÍ
I. THẠCH CAO XÂY DỰNG
1. PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO
2. PHÂN LOẠI
3. QUÁ TRÌNH RẮN CHẮC
4
.
CÁC
TÍNH
CHẤT
6
4
.
CÁC
TÍNH
CHẤT
II. VÔI KHÔNG KHÍ
1. PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO
2. QUÁ TRÌNH RẮN CHẮC CỦA VÔI
3. CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG VÔI
4. CÔNG DỤNG VÀ BẢO QUẢN
I. THẠCH CAO XÂY DỰNG
Nguyên liệu chính: đá thạch cao CaSO
4
.2H
2

O
PP chế tạo : Đá TC →Nung t
0
→Nghiền mịn→ TCXD
CaSO
4
.2H
2
O TCXD: CaSO
4
.0,5H
2
O
TC KHAN: CaSO
4

Đá TC:

CaSO
4
.2H
2
O
1. Phương pháp chế tạo

Đá TC:
Nung:
Thạch cao:
7


CaSO
4
.2H
2
O
Đập nhỏ: d = 10-20mm – là quay
d = 100-200mm – là tunnel
Nhiệt độ nung khác nhau

Tạo các loại TC khác nhau
+ t
o
=150-170
o
C

TCXD
+ t
o
cao
≈
1200
o
C

TC khan
 Dạng bột mịn
Gồm TCXD và TC khan
2. Phân loại
a. TCXD:

- CaSO
4
.0,5H
2
O
- Cường độ thấp
- Phân loạiCông dụngThạch cao xây trát
: vữa xây trát, khuôn
Thạch cao đúc tượng:
I. THẠCH CAO XÂY DỰNG
+Đúc tượng – TC này chất lượng cao
hơn vì nung từ ĐTC tinh
khiết
8
Dạng thù hình  Dạng α, β :
α - t
o
nung , không khí BH
= 160-180
o
C
- Tinh thể lớn; N
TC
thấp;
Cường độ cao
β - t
o
nung , không khí khô
= 160-180
o

C
- Tinh thể nhỏ; N
TC
cao;
Cường độ thấp
2. Phân loại
b. TC khan:
- CaSO
4
- R cao hơn TCXD
- Phân loạiCông dụng TC nung ở nhiệt độ cao:
+TC Estrich: CaSO
4
+ CaO
td
+Lăn nền, xây những nơi đặc biệt
I. THẠCH CAO XÂY DỰNG
+Lăn nền, xây những nơi đặc biệt
TC cường độ cao:
+TC cẩm thạch
+Nung TC CaSO4.0.5H2O  Ngâm
trong dung dịch phèn  Nung tiếp
cho đến khi tách nước hoàn toàn
+Miết mạch các tấm tường, tô trát
những nơi cần độ cứng cao
9
2. Phân loại
b. TC khan:
-Phân loạiDạng thù hình Các Anhyđrit : III – II - I
+Khi nung nóng TC ở nhiệt độ từ 125-:-180  Tạo thành

CaSO
4
.0.5H
2
O  Khi t > 180
0
C bắt đầu chuyển thành các
Anhyđrit theo thứ tự : III – II – I.
+
Anhyđrit
III

Nung
CaSO
.
0
.
5
H
O
ở
t=
180
-
:
-
240
0
C
I. THẠCH CAO XÂY DỰNG

+
Anhyđrit
III

Nung
CaSO
4
.
0
.
5
H
2
O
ở
t=
180
-
:
-
240
0
C
Trong không khí ẩm lại dễ chuyển về dạng
CaSO
4
.0.5H
2
O
+Anhyđrit IINung ĐTC hoặc CaSO

4
.0.5H
2
O hoặc Anhyđrit
III ở nhiệt độ ở nhiệt độ 320-480
0
C
+Anhyđrit IChỉ ổn định ở nhiệt độ > 1180
0
C
10
I. THẠCH CAO XÂY DỰNG
3. Quá trình rắn chắc
Quá trình này gồm 3 thời kỳ xen kẽ nhau:
Hòa tan - Ninh kết - Rắn chắc
Thời kỳ hòa tan:
- Khi nhào trộn TC với nướcCaSO
4
.0,5H
2
O CaSO
4
.2H
2
O 
H
ỗn hợp có tính dẻo cao

Vữa dẻo


Thời kỳ hòa tan
11
H
ỗn hợp có tính dẻo cao

Vữa dẻo

Thời kỳ hòa tan
- Thời kỳ này xảy ra phản ứng thủy hóa của TC:
CaSO
4
.0,5H
2
O + 1,5H
2
O →
→→
→ CaSO
4
.2H
2
O
Độ hòa tan lớn Độ hòa tan nhỏ
> 5lần
Dung dịch nhanh chóng bão hòa
I. THẠCH CAO XÂY DỰNG
3. Quá trình rắn chắc
 Thời kỳ ninh kết (hoá keo):
-Sau các biến đổi hoá lý phức tạp làm hỗn hợp mất dần tính dẻo 
Quá trình ninh kết

-Vì độ tan của CaSO
4
.0,5 H
2
O >> CaSO
4
.2H
2
O  Dung dịch BH
rất nhanh và trở nên quá BH CaSO
4
.2H
2
O mới sinh ra không
thể
hòa
tan
được
nữa
mà
tồn
tại
ở
hạt
keo
rất
nhỏ

Hạt
keo

thể
hòa
tan
được
nữa
mà
tồn
tại
ở
hạt
keo
rất
nhỏ

Hạt
keo
ngưng lắng dần cùng với sự bốc nước  Hạt keo gần nhau lại
 Vữa TC mất dần tính dẻo - nhưng chưa có cường độ.
 Thời kỳ rắn chắc:
-Tiếp theo hỗn hợp mất dần tính dẻo  Chuyển thành trạng thái
keo  Xuất hiện tinh thể  Kết tinh  Cường độ phát triển dần
 Quá trình rắn chắc.
- Quá trình này thể tích TC tăng lên 1%
12
I. THẠCH CAO XÂY DỰNG
4. Các tính chất
a. Thời gian ninh kết
 Xác định bằng thiết bị Vicat.
 Thời gian bắt đầu ninh kết→là thời gian kể từ khi nhào trộn
thạch cao với nước đến khi mất tính dẻo → ≥ 6 phút


Thời
gian
kết
thúc
ninh
kết
→
là
thời
gian
từ
khi
nhào
trộn

Thời
gian
kết
thúc
ninh
kết
→
là
thời
gian
từ
khi
nhào
trộn

thạch cao với nước đến khi có cường độ → ≤ 30 phút
 Có thể sử dụng phụ gia để điều chỉnh thời gian ninh kết:
 Làm giảm thời gian ninh kết: Na
2
SO
4
, NaCl,…
 Làm tăng thời gian ninh kết: vôi
13
THIẾT BỊ VICAT
I. THẠCH CAO XÂY DỰNG
4. Các tính chất
b. Cường độ
 Xác định: sau 1 giờ 30 phút trộn thạch cao với nước.
bằng TN ép mẫu 7,07x7,07x7,07 cm hay 4x4x16 cm.
 Tác nhân tạo cường độ cho thạch cao:
 Sự kết tinh của thạch cao 2 phân tử nước
 Sự bay hơi nước tự do làm các tinh thể CaSO
4
.2H
2
O gắn kết với
nhau chắc hơn.
 Yêu cầu:
 Trong điều kiện ẩm ướt bình thường: TC loại 1: R > 4,5 Mpa
TC loại 2: R > 3,5 Mpa
 Trong điều kiện đã được sấy khô: TC loại 1: R > 10 Mpa
TC loại 2: R > 7,5 Mpa
15
I. THẠCH CAO XÂY DỰNG

4. Các tính chất
c. Độ mịn và lượng nước nhào trộn
- Ảnh hưởng lớn đến cường độ của thạch cao
+ Độ mịn cao Cường độ cao
+ Lượng nước nhào trộn lớn Cường độ giảm
d. Khối lượng riêng
d. Khối lượng riêng
γ
a
= 2,6 – 2,7 g/cm
3
e. Khối lượng thể tích
γ
0
= 0,8 – 1,0 g/cm
3
16
II. VÔI KHÔNG KHÍ (CaO)
1. Phương pháp chế tạo
 Nguyên liệu chính: đá vôi calcite – thành phần chủ yếu CaCO
3
 Phương pháp chế tạo: Đá vôi 

 Nung 

 Vôi không khí
CaCO
3
↔ CaO + CO
2

↑ – Q
th
 Đá vôi: :
90 0 – 1100
o
C
- Chủ yếu là đá vôi canxit hoặc đá phấn, đá vôi vỏ sò.
-
Yêu cầu lượng tạp chất sét
sét (Al
O
, SiO
, Fe
O
, ) < 6%.
17
-
Yêu cầu lượng tạp chất sét
sét (Al
2
O
3
, SiO
2
, Fe
2
O
3
, ) < 6%.
- Được đập nhỏ thành cục d =5-10cm

Nung:
- Nhiệt độ nung  t = 900-1100
o
C

Phụ thuộc: Thành phần đá; Hàm lượng tạp chất;
Loại lò nung
- Tốc độ nung phụ thuộc: Kích thước cục đá; Nhiệt độ nung;
Thời gian nung
II. VÔI KHÔNG KHÍ (CaO)
Nung:
- Phản ứng Thuận nghịch:
+Nghịch Xấu Hạn chế
+Thuận TốtPhải hạn chế CO
2
 Lò phải được thông gió tốt
1. Phương pháp chế tạo
- Các trường hợp có thể xảy ra khi nung:
*Nung non lửa:
18
*Nung non lửa:
Lớp bên ngoài của viên đá đã “chín” thành vôi - lõi bên trong còn sống
Loại vôi này hàm lượng CaO thấp, khi đem tôi bị sượng, kém dẻo, chất
lượng kém.
*Nung già lửa:
Nhiệt độ nung quá cao, các tạp chất sét nóng chảy bọc quanh hạt vôi
thành một màng keo cứng bên ngoài
Vôi sẽ khó tôi, nhiều hạt sượng, kém dẻo, dễ gây nứt.
II. VÔI KHÔNG KHÍ (CaO)
1. Phương pháp chế tạo

 Vôi không khí:
- CaO  Dạng cục Nghiền Vôi bột sống:
+Y
i,
nho
4900lỗ/ cm2
> 90%
+Dùng trực tiếp như xi măng
+Chủ yếu dùng để xản xuất CKD hỗn hợp

Tôi

Vôi chín:

Tôi

Vôi chín:
+CaO +H
2
O Ca(OH)
2
+Q
t
+Tùy thuộc hàm lượng Ca(OH)
2
& H
2
O 
Có 3 loại:
*

Vôi bột (chín): 100%Ca(OH)
2
Y học, nông nghiệp
*
Vôi nhuyễn: 50 %Ca(OH)
2
–50% H
2
O
Vữa xây, vữa trát
*
Vôi sữa: > 50% H
2
O – Quét tường
19
II. VÔI KHÔNG KHÍ (CaO)
 So sánh vôi bột sống và vôi nhuyễn
Bột vôi sống Vôi nhuyễn
1. Không tốn thời gian tôi
2. Tận dụng được lượng nhiệt thoát
ra khi thủy hoá, thực hiện được một
phần phản ứng silicate giữa vôi và
cát
:
1. Chế tạo đơn giản
hơn
2. Dễ sử dụng
3
.
An

toàn
cho
công
20
Ưu
điểm
cát
:
CaO + SiO
2
+ H
2
O → CaO.SiO
2
.H
2
O
3. Cường độ vữa dùng bột vôi sống
cao hơn dùng vôi nhuyễn, R
≥
5 MPa
4. Tăng hiệu quả sử dụng nhờ quá
trình nghiền giúp loại bỏ được các
hạt sượng do non hay già lửa.
3
.
An
toàn
cho
công

nhân thi công
4. Bảo quản không
quá phức tạp
5. Không tiêu tốn thiết
bị nghiền
II. VÔI KHÔNG KHÍ (CaO)
 So sánh vôi bột sống và vôi nhuyễn
Bột vôi sống Vôi nhuyễn
1. Bảo quản khó khăn vì CaO dễ hấp
thu CO
2
trong không khí:
CaO + CO
2
→ CaCO
3
2
.
Tốn
chi
phí
cho
thiết
bị
nghiền
1. Thời gian tôi lâu (1
tháng trong hố tôi, 3 –
7 ngày trong máy tôi
vôi)
2

.
Khi
chế
tạo
vữa
vôi
21
Nhược
điểm
2
.
Tốn
chi
phí
cho
thiết
bị
nghiền
mịn, gây ô nhiễm bụi
3. Không an toàn cho người lao động
khi trực tiếp trộn vữa từ bột vôi sống
2
.
Khi
chế
tạo
vữa
vôi
không tạo được sản
phẩm có độ bền cao là

silicate, cát chỉ đóng
vai trò là cốt liệu
3. Cường độ thấp,
R
n
= 0,4-1 MPa
II. VÔI KHÔNG KHÍ (CaO)
2. Quá trình rắn chắc của vôi (vôi tôi & vôi bột sống)
a. Quá trình rắn chắc của vôi tôi
 Vôi được sử dụng nhiều dưới dạng vữa vôi. Trong không khí vữa
vôi rắn chắc do ảnh hưởng đồng thời của 2 quá trình: kết tinh và
carbonate hóa.
 Dạng kết tinh:
Trộn vôi + nước + cát Vữa vôi  Ca(OH)
2
2
Ca(OH)
2
gặp nước  Nhanh chóng bị BH  Dạng hạt keo - ngưng lắng
lắng dần + Sự mất nước do nền xây hút, bay hơi  Trạng thái ngưng keo
 Xuất hiện tinh thể - phát triển và liên kết với nhau  Dạng kết tinh -
cường độ hỗn hợp phát triển dần Rắn chắc.
 Dạng carbonate hóa:
Khi tiếp xúc với không khíCa(OH)
2
phản ứng với CO
2,kk
CaCO
3
PƯ:

Ca(OH)
2
+ CO
2, kk
→ CaCO
3
+ H
2
O + Q
t , (20 kCal /mol )
Tinh thể CaCO
3
hình thành xen kẽ với các tinh thể Ca(OH)
2
làm cho vữa
đặc chắc.
22
II. VÔI KHÔNG KHÍ (CaO)
2. Quá trình rắn chắc của vôi (vôi tôi & vôi bột sống)
a. Quá trình rắn chắc của vôi tôi
 Dạng carbonate hóa:
Quá trình rắn chắc của vôi hydrat trong không khí xảy ra rất chậm vì:
+CO
2
trong không khí nhỏ,
+Trên bề mặt của vôi hydrat thường bị phủ một lớp cacbonat
kết tinh

Ngăn sự xâm nhập của CO2 vào bên trong cấu trúc
kết tinh


Ngăn sự xâm nhập của CO2 vào bên trong cấu trúc

Cản trở lượng nước từ bên trong thoát ra ngoài

Ngoài lượng nước nhào trộn còn có lượng nước do PƯ cacbonat hóa sinh ra
 Công trình bị ẩm ướt khá lâu
Muốn tăng tốc độ rắn chắc phải dùng nhiều biện pháp:
+Tăng CO
2
trong môi trường,
+Tạo mặt thoáng thoát nước cho kết cấu,
+Trộn thêm xi măng, TC, phụ gia vào vữa khi thi công.
23
II. VÔI KHÔNG KHÍ (CaO)
2. Quá trình rắn chắc của vôi (vôi tôi & vôi bột sống)
b. Quá trình rắn chắc của vôi bột sống
 Quá trình rắn chắc của vôi bột sống là quá trình Silicat hóa.
CaO + SiO
2
+ H
2
O → CaO.SiO
2
.H
2
O
R cao > 2 daN/cm2
24
 Khác với vữa của vôi tôi  Vữa vôi bột sống rắn chắc theo 5

giai đoạn xen kẽ nhau:
 Hòa tan - Hóa keo - Ngưng keo - Kết tinh - Rắn chắc.
R cao > 2 daN/cm2
Ứng dụng để chế tạo gạch silicat
II. VÔI KHÔNG KHÍ (CaO)
3. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng vôi
a. Nhiệt độ tôi và tốc độ tôi
 Nhiệt độ tôi:
Là t
o
cao nhất khi cho 10g bột vôi sống đã nghiền nhỏ (lọt sàng
N
o
014- 900 lỗ /cm2) tác dụng 20 ml nước ở 20
o
C.
Phản ứng xảy ra trong dụng cụ thí nghiệm chuẩn – có cắm nhiệt
kế 100-150
0
C.
Căn cứ nhiệt độ tôi Vôi được phân làm 2 loại:
 Loại phát nhiều nhiệt: t
o
tôi
> 70
o
C
 Loại phát ít nhiệt: t
o
tôi

≤ 70
o
C
25